CN111730607A - 一种无人值守智能人机协作机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人值守智能人机协作机器人系统，涉及工业机器人领域。由机器人操作装置和机器人控制柜组成，所述机器人操作装置包括机器人手臂，容器，安装底座，工件组成，机器人控制柜上设有所述安装底座，所述机器人手臂固定连接于所述安装底座，所述机器人控制柜一侧设有所述容器，所述容器内设有所述工件，所述机器人手臂包括轴活动臂、工具端和相机，所述工具端对所述工件进行操作；本发明定位精度高，柔性化程度高，切线速度快，工作时无需人工长时间值守，满足工业生产的要求，对于提高工业制造的无人值守智能柔性化生产线具有重要意义。

Description

一种无人值守智能人机协作机器人系统

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及到一种无人值守智能人机协作机器人系统。

背景技术

市面上的工业机器人多采用现场编程，非标准定制夹具，非标准定制料仓，传感器和程序来解决制造业中的自动化、无人化问题，该方式多用于大批量零件类型单一的生产，集中分布在汽车零部件加工生产，电子消费品零部件加工等领域中。在目前的经济和科技发展趋势下，产品的种类繁多，更新速度更快，生产也变得更加短平化。上述传统的机器人集成系统对于产品切线，更换都需要大量的时间重新编程，重新制作夹具，重新调整产线节拍等，使用成本很高，同时对于一线操作员工提出了很高的编程技术要求，电气控制经验，这也非通用制造业产线员工所普及掌握的技能，整体企业的自动化，无人化因此进程缓慢。

针对上述的情况，使用基于不同场景程序模板预设，夹具通用化，GPU深度学习，机器视觉，前端后端服务器开发的操作系统提供简易操作的无人值守智能机器人变得非常有必要。能够解决机器人进入制造业产线，解决柔性化无人值守，少人制造的困难。

发明内容

为了克服现有自动化机器人系统无人化进程缓慢的缺陷，本发明提供一种无人值守智能人机协作机器人系统，有效提高机器人手臂在切换产线，更换新产品的过程中的效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种无人值守智能人机协作机器人系统，由机器人操作装置和机器人控制柜组成，所述机器人操作装置包括机器人手臂，容器，安装底座，工件组成，机器人控制柜上设有所述安装底座，所述机器人手臂固定连接于所述安装底座，所述机器人控制柜一侧设有所述容器，所述容器内设有所述工件，所述机器人手臂包括轴活动臂、工具端和相机，所述工具端对所述工件进行操作，所述机器人控制柜包括触控屏、控制系统、PLC计算机、PC计算机、GPU计算机、深度计算平台、物联网模块，所述相机连接所述深度计算平台，所述深度计算平台通过所述相机获取所述工件的位置图像数据，所述深度计算平台将所述位置图像数据反馈给所述控制系统，所述控制系统，所述触控屏连接PC计算机，所述PC计算机的连接端连接PLC计算机，GPU计算机，机器人手臂控制箱，物联网模块；所述PLC计算机与输入模块，输出模块，模拟量，蜂鸣器，急停开关输出模块连接。

优选的，所述容器包括立体货架式、自重心找中菱形孔盘、微型气缸推杆矩阵对中棋盘的一种结构。

优选的，所述容器底座设有快速夹紧器，所述快速夹紧器包括旋钮、连接柱、锁柱，所述机器人控制柜设有凸轮套，所述凸轮套包括与所述锁柱配合的锁定孔。

优选的，所述的机器人控制柜内有四种控制系统，所述四种控制系统分别是：，基于X86的Windows10IoT系统开发的无人值守控制系统、基于PLC的Windows CE系统、基于Linux的Deeper-Vision深度学习系统、基于Linux ROS的机器人手臂控制系统。

优选的，所述GPU计算机内包括一个预训练好的深度神经网络。

优选的，所述机器人控制柜设有一个激光传感器或者红外光传感器。

优选的，所述机器人控制柜底部设有脚轮，所述脚轮设有脚顶。

优选的，所述相机通信连接所述GPU计算机。

优选的，所述PC计算机包括远程支持软件，用于申请远程支持和服务。

优选的，所述PC计算机内的固态硬盘中装载或者保存所述机器人手臂的所有NC程序，所述PC计算机还包括云储存，所述云储存备份所述NC程序。

优选的，所述触控屏与PC计算机之间通过DVI通讯连接;所述PC计算机的连接端分别设有PLC计算机，GPU计算机，机器人手臂控制箱，物联网模块，所述连接端通过交换机网口（LAN口）通讯连接。

优选的，所述工具端包括气动夹爪、电动夹爪、气动真空吸盘、磁吸盘的一种或者多种。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过简单设置触控屏就可以控制了一台无人值守智能人机协作机器人系统完成生产流程，整个过程无需使用者编程，无论工件的外形如何变化，在容器中的位置如何变化，都可以在人机交互界面中简单快速地设置完毕，便马上通过前端的控制转变为PC计算机信号，通过交换机的LAN口传输信息到PLC计算机，GPU计算机，机器人手臂控制箱等，里面多个不同操作系统，不同硬件环境的计算机都被巧妙地隐藏在简单易用的前端操作系统上。整体在工作的时候容易上手，一旦容器放满工件，既可以实现长时间无人值守，人则只需要把容器中完工的产品换下来，更换待加工的工件到容器中，从而节省了大量的劳动力，减少生产设备的停机时间，因为使用的是人机协作机器人，使用机器人的过程安全可靠，不需要做防护栏防护。

附图说明

图1是本发明示例性的一种无人值守智能人机协作机器人系统的带立体货架式容器整体结构示意图。

图2是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的带自重心找中菱形孔盘式容器整体结构图。

图3是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的微型气缸推杆矩阵对中棋盘式容器局部示意图。

图4是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的分解结构示意图。

图5是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的带立体货架式容器背面结构示意图

图6是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的整体连接的示意图。

图7是本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的程序工作原理的示意图。

图8为本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的脚轮和脚顶部位的放大侧面图。

图9为本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的快速夹紧器的斜视图。

图10为本发明的一种无人值守智能人机协作机器人系统的凸轮套的仰视图。

附图标记为：1-机器人控制柜，2-触控屏，3-容器底板，4-安装底座，5-机器人手臂，6-工具端，7-PC计算机，8-PLC计算机，9，GPU-计算机，10-机器人手臂控制箱，11-物联网模块，12-交换机，13-容器，14-相机，15-脚轮，16-传感器，17-锁轮，18-水平角，19-旋钮，20-连接柱，21-锁柱，22-凸轮套，23-锁定孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图10所示，一种无人值守智能人机协作机器人系统，由机器人操作装置和机器人控制柜1组成，机器人操作装置包括机器人手臂5，容器13，安装底座4，工件组成，机器人控制柜上设有安装底座4，机器人手臂5固定连接于安装底座4，机器人控制柜1一侧设有容器13，容器13内设有工件，机器人手臂5包括轴活动臂、工具端6和相机14，机器人手臂5包括一种六轴或者七轴的活动关节，弯曲和伸展动作完成取放工件动作，弯曲和伸展动作完成取放工件动作，机器人手臂5是在安装底座4上安装并用轴肩螺丝固定，机器人手臂5的安装底座4适配不同工业机器人手臂5，机器人手臂5的负载有多种，伸展长度也有多种尺寸，但安装底座4的法兰板销孔是共有的，保证了机器人手臂安装在一个相同的基础原点，工具端6对工件进行操作，工具端6通过关闭和张开实现吸和吹动作来起到拾取工件、吹干净工件和夹具的作用，机器人手臂工具端6也通过I/O口和PLC计算机7通讯；

所述容器3包括立体货架式、自重心找中菱形孔盘、微型气缸推杆矩阵对中棋盘的一种结构；

容器底座3设有快速夹紧器，快速夹紧器包括旋钮19、连接柱20、锁柱21，机器人控制柜设有凸轮套22，凸轮套为空腔结构，凸轮套22一面设有锁柱配合的锁定孔23，可将凸轮套22放置于机器人控制箱11上对应的槽中，锁定孔23朝向需要固定的装置的表面板上，将快速夹紧器的连接柱和锁柱部分穿透该装配部位的槽孔，当锁柱21进一步穿透凸轮套22的锁定孔23进入凸轮套22的内部式，旋转旋钮19使锁柱21卡在凸轮套22内部即可，安装不用借助额外工具即可达到高强度的紧固要求。机器人控制柜1底部设有脚轮15，脚轮15包括脚顶，当需要调节水平的时候，可以调节脚轮15的脚顶来接触地面，当需要移动的时候,调节脚顶中的锁轮18，即可微调水平角19，实现水平面的微调；推动或者拉动本装置的脚轮15即可移动；机器人控制柜1上安装有水平仪，用于反馈机器人系统安装环境地面的平整度。

在一个优选的实施方式中，机器人控制柜1包括触控屏2、控制系统、PLC计算机8、PC计算机7、GPU计算机9、深度计算平台、物联网模块11，相机14连接深度计算平台，深度计算平台通过相机14获取工件的位置图像数据，深度计算平台将位置图像数据反馈给控制系统，触控屏2连接设有X86架构的PC计算机7，PC计算机7的连接端连接PLC计算机8，GPU计算机9，机器人手臂控制箱10，物联网模块11；PLC计算机8与输入模块，输出模块，模拟量，蜂鸣器，急停开关输出模块连接。

在一个优选的实施方式中，机器人控制柜内有四种控制系统，四种控制系统分别是：，基于X86的Windows10IoT系统开发的无人值守控制系统、基于PLC的WindowsCE系统、基于Linux的Deeper-Vision深度学习系统、基于LinuxROS的机器人手臂控制系统。

在一个优选的实施方式中，触控屏2为一个电容触控屏，优选的，机器人控制柜1设有一个传感器16，传感器16为一个激光传感器或者红外光混合传感器，传感器16用于测量并监测无人值守机器人系统和相对应控制机器人的位置变化。

在一个优选的实施方式中，相机14通信连接GPU计算机9，控制柜机器人安装底座4也是一个状态显示器，有多种颜色的LED灯显示无人值守系统及相关控制设备的工作状态，触控屏2与PC计算机7之间通过DVI通讯连接;PC计算机7的连接端分别设有PLC计算机8，GPU计算机9，机器人手臂控制柜1，物联网模块11，连接端通过交换机12网口（LAN口）通讯连接。

在一个优选的实施方式中，工具端6包括气动夹爪、电动夹爪、气动真空吸盘、磁吸盘的一种或者多种等工具，实现对工件的操作。

在一个优选的实施方式中，PC计算机7中负责和生产设备，检测设备作MTC通讯控制。

在一个优选的实施方式中，所述的PLC计算机8中负责了整个无人值守机器人系统的安全冗余，传感器16接入到PLC计算机8中逻辑控制。

在一个优选的实施方式中， GPU计算机9中连接相机14作实时图像分析，GPU计算机9内安装了做推理的深度神经网络模型。

在一个优选的实施方式中，机器人手臂控制箱10内编写好程序，所述的程序固化了无人值守机器人内部容器和机器人手臂底座之间的路点和TCP原点。

在一个优选的实施方式中，机器人手臂5设有用力矩传感器，可以称重工件重量，将获取的重量作为一个变量因子来输入PLC计算机8程序中自动调节机器人手臂5的加速度。

在一个优选的实施方式中，机器人控制柜1一侧有传感器16，实时反馈和被操纵设备的距离和位置关系。

在一个优选的实施方式中，机器人手臂5远程启动。

在一个优选的实施方式中，无人值守智能人机协作机器人系统远程启动，生成生产报告，生产报告包括了生产效率，生产设备状态等。

使用时，操作触控屏2，第一次操作时，需要先选择无人值守机器人的系列，系列中会分为针对不同使用场景做的专用优化。

然后选择容器13的对应工件，把需要放置到生产设备/检测设备中的工件选择后，再选择其外形种类，一般分为：圆形，方形，其他三种,其中选择工件是在触控屏上操作，并且可以选择单工具端还是多工具端模式，便于实现不同重量工件的拾取。然后再输入其毛坯重量，再点击确认。触控屏2收到指令后，会把启动信号传输至PC计算机7，PC计算机7发送信号给PLC计算机8，然后PLC计算机8再将启动信号传输至机器人手臂控制箱10，机器人手臂控制箱10会按照已经编写好的变量程序按照所选择的位置去容器13拾取工件，机器人的工具端6会收到PLC计算机7的信号然后启动机器人工具端6，当机器人手臂5到了对应位置后，PLC计算机8再控制机器人工具端6关闭或者打开，夹起工件，同时PLC计算机8给对应生产设备发指令，打开生产设备的门，并放置到对应的生产设备的夹具上，然后机器人手臂5退出生产设备内腔，PLC计算机8再发指令给生产设备关门，然后再给指令生产设备开始加工或者检测。待生产或者检测流程完成后，对应生产设备会发送指令给PLC计算机8，PLC计算机8接收指令后，会发指令给生产设备开门，然后发指令机器人手臂5和工具端6，机器人手臂5和工具端6合作取出已经完工的工件到一侧，并启用工具端6的气泵吹气吹干净生产设备内部，然后放置另外一个工件，然后把已经完工的工件放置回容器13中。PLC计算机8则在这个过程完成后，发送指令给PC计算机7，PC计算机7中的前端会把触控屏2中已经完工的工件图标显示为绿色。同时触控屏2控制界面中的计数器会增加一个完工产品数量。

整个过程中，无人值守智能人机协作机器人系统的机器人手臂5和机器人工具端6和生产设备的所有实时状态都会发送到PLC计算机8中，保证系统的闭环。直至指定生产数量都全部完成，无人值守智能人机协作机器人系统才会停下来。

在一个优选的实施方式中，无人值守智能人机协作机器人系统会通过机器人手臂5上安装的工业相机14拍摄图片并发回机器人控制柜1中的GPU计算机9，GPU计算机9中已经预训练好的深度神经网络会对接收的图像进行推理，深度计算平台通过相机获取容器中的工件的位置图像数据，再反馈给控制系统来实时检测工件是否在容器中，同时也会同步检测工件的表面加工情况，来反馈刀具的磨损状况,如推理的结果显示工件表面不良，GPU计算机9发出指令到PLC计算机8，PLC计算机8将信号传至蜂鸣器和急停开关输出模块，则无人值守智能人机协作机器人系统会停下，并发出蜂鸣和弹窗，告之值班人员需要到场检测生产设备中的刀具。

在一个优选的实施方案中，放置在容器13中的工件是不同类的，PC计算机7会通过生产队列的顺序来下发NC程序给生产设备，以保证无人值守智能人机协作机器人系统放置不同工件进入生产设备或者检测设备后是可以执行对应的NC程序。

在一个优选的实施方案中，触控屏2操作系统会通过手机的app端进行连接并远程观看生产情况，的信息会通过机器人控制柜1内的物联网模块11发送到互联网上。

在一个优选的实施方案中，如无人值守智能人机协作机器人系统出现了操作疑问和故障，可以申请远程支持和服务，的PC计算机7中内装有远程支持软件，可以通过PC，ios，Android设备连接并作远程技术支持和控制。

在一个优选的实施方案中，如对应的机器人手臂产生故障需要更换，机器人手臂所有的程序均已经保存在PC计算机的固态硬盘中，可以马上给新的机器人手臂复制过去，不用重新编写和烧录。

在一个优选的实施方案中，对应的机器人手臂程序，生产设备NC程序都可以保存到PC计算机的固态硬盘中，并可以上传到云盘中，作云备份。

与现有技术相比，本发明通过简单设置触控屏就可以控制了一台无人值守智能人机协作机器人系统完成生产流程，整个过程无需使用者编程，无论工件的外形如何变化，在容器中的位置如何变化，都可以在人机交互界面中简单快速地设置完毕，便马上通过前端的控制转变为PC计算机信号，通过交换机的LAN口传输信息到PLC计算机，GPU计算机，机器人手臂控制箱等，里面多个不同操作系统，不同硬件环境的计算机都被巧妙地隐藏在简单易用的前端操作系统上。 整体在工作的时候容易上手，一旦容器放满工件，既可以实现长时间无人值守，人则只需要把容器中完工的产品换下来，更换待加工的工件到容器中，从而节省了大量的劳动力，减少生产设备的停机时间，因为使用的是人机协作机器人，使用机器人的过程安全可靠，不需要做防护栏防护。

最后应说明的几点是:首先，在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连“,上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变;

其次，本发明公开实施例附图中，只涉及到于本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以互相组合。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人值守智能人机协作机器人系统，包括机器人操作装置和机器人控制柜，所述机器人操作装置包括机器人手臂、容器、安装底座、工件，机器人控制柜上设有所述安装底座，所述机器人手臂固定连接于所述安装底座，所述机器人控制柜一侧设有所述容器，所述容器内设有所述工件，所述机器人手臂包括轴活动臂、工具端和相机，所述工具端对所述工件进行操作，所述机器人控制柜包括机器人手臂控制箱，其特征在于，

所述机器人控制柜包括触控屏、控制系统、PLC计算机、PC计算机、GPU计算机、深度计算平台、物联网模块，所述相机连接所述深度计算平台，所述深度计算平台通过所述相机获取所述工件的位置图像数据，所述深度计算平台将所述位置图像数据反馈给所述PC计算机中的控制系统，所述触控屏连接PC计算机，所述PC计算机的连接端连接PLC计算机、GPU计算机、机器人手臂控制箱、物联网模块；

所述机器人控制柜还包括：输入模块、输出模块、模拟量、蜂鸣器、急停开关输出模块，所述PLC计算机与所述输入模块、所述输出模块、所述模拟量、所述蜂鸣器、所述急停开关输出模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述容器包括立体货架式、自重心找中菱形孔盘、微型气缸推杆矩阵对中棋盘的一种结构。

3.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述容器的底座设有快速夹紧器，所述快速夹紧器包括旋钮、连接柱、锁柱，所述机器人控制柜设有凸轮套，所述凸轮套包括与所述锁柱配合的锁定孔。

4.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述机器人控制柜内设有四种控制系统，分别是：基于X86的Windows 10IoT系统开发的无人值守控制系统、基于PLC的Windows CE系统、基于Linux的Deeper-Vision深度学习系统、基于LinuxROS的机器人手臂控制系统。

5.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述GPU计算机内包括一个预训练好的深度神经网络，所述相机通信连接所述GPU计算机，所述触控屏与PC计算机之间通过DVI通讯连接;所述PC计算机的连接端分别设有PLC计算机、GPU计算机、机器人手臂控制箱、物联网模块，所述连接端通过交换机网口（LAN口）通讯连接。

6.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述机器人控制柜设有一个激光传感器或者红外光传感器。

7.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述机器人控制柜的底部设有脚轮，所述脚轮设有脚顶。

8.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述PC计算机中内装有远程支持软件，用于申请远程支持和服务。

9.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述PC计算机内的固态硬盘中装载或者保存所述机器人手臂的所有NC程序，所述PC计算机还包括云储存，所述云储存备份所述NC程序，所述工件包括多种类型，所述PC计算机下发适用不同工件的NC程序。

10.根据权利要求1所述的一种无人值守智能人机协作机器人系统，其特征在于，所述工具端包括气动夹爪、电动夹爪、气动真空吸盘、磁吸盘的一种或者多种。

Images